Add an option (-n ncpus) to specify the number of cpus a virtual kernel
[dragonfly.git] / sys / platform / vkernel / i386 / mp.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2007 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  *
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  *
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  *
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  * $DragonFly: src/sys/platform/vkernel/i386/mp.c,v 1.4 2007/07/02 02:37:03 dillon Exp $
35  */
36
37
38 #include <sys/interrupt.h>
39 #include <sys/kernel.h>
40 #include <sys/memrange.h>
41 #include <sys/tls.h>
42 #include <sys/types.h>
43
44 #include <vm/vm_extern.h>
45 #include <vm/vm_kern.h>
46 #include <vm/vm_object.h>
47 #include <vm/vm_page.h>
48
49 #include <machine/cpufunc.h>
50 #include <machine/globaldata.h>
51 #include <machine/md_var.h>
52 #include <machine/pmap.h>
53 #include <machine/smp.h>
54 #include <machine/tls.h>
55
56 #include <unistd.h>
57 #include <pthread.h>
58 #include <signal.h>
59 #include <stdio.h>
60
61 extern pt_entry_t *KPTphys;
62
63 volatile u_int  stopped_cpus;
64 cpumask_t       smp_active_mask = 1;  /* which cpus are ready for IPIs etc? */
65 static int      boot_address;
66 static cpumask_t smp_startup_mask = 1;  /* which cpus have been started */
67 int             mp_naps;                /* # of Applications processors */
68 static int  mp_finish;
69
70 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
71 void bootstrap_idle(void);
72 void single_cpu_ipi(int, int, int);
73 void selected_cpu_ipi(u_int, int, int);
74 #if 0
75 void ipi_handler(int);
76 #endif
77
78 pt_entry_t *SMPpt;
79
80 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
81 char *bootSTK;
82 static int bootAP;
83
84
85 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
86 static int start_all_aps(u_int);
87 void init_secondary(void);
88 void *start_ap(void *);
89
90 /*
91  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
92  */
93 static
94 void
95 ap_finish(void)
96 {
97         int i;
98         cpumask_t ncpus_mask = 0;
99
100         for (i = 1; i <= ncpus; i++)
101                 ncpus_mask |= (1 << i);
102
103         mp_finish = 1;
104         if (bootverbose)
105                 kprintf("Finish MP startup\n");
106
107         /* build our map of 'other' CPUs */
108         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~(1 << mycpu->gd_cpuid);
109
110         /*
111          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
112          * of 'other' CPUs.
113          */
114         rel_mplock();
115         while (smp_active_mask != smp_startup_mask)
116                 cpu_lfence();
117
118         while (try_mplock() == 0)
119                 ;
120         if (bootverbose)
121                 kprintf("Active CPU Mask: %08x\n", smp_active_mask);
122 }
123
124 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
125
126
127 void *
128 start_ap(void *arg __unused)
129 {
130         init_secondary();
131
132         bootstrap_idle();
133
134         return(NULL); /* NOTREACHED */
135 }
136
137 /* storage for AP thread IDs */
138 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
139
140 void
141 mp_start(void)
142 {
143         int shift;
144
145         ncpus = optcpus;
146
147         mp_naps = ncpus - 1;
148
149         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
150         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
151                 ;
152         --shift;
153         ncpus2_shift = shift;
154         ncpus2 = 1 << shift;
155         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
156
157         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
158         if ((1 << shift) < ncpus)
159                 ++shift;
160         ncpus_fit = 1 << shift;
161         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
162
163         /*
164          * cpu0 initialization
165          */
166         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
167                                             sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
168         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
169
170         /*
171          * cpu 1-(n-1)
172          */
173         start_all_aps(boot_address);
174
175 }
176
177 void
178 mp_announce(void)
179 {
180         int x;
181
182         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
183         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
184
185         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
186                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
187 }
188
189 void
190 forward_fastint_remote(void *arg)
191 {
192         panic("XXX forward_fastint_remote()");
193 }
194
195 void
196 cpu_send_ipiq(int dcpu)
197 {
198         if ((1 << dcpu) & smp_active_mask)
199                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
200                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
201 #if 0
202         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
203 #endif
204 }
205
206 void
207 smp_invltlb(void)
208 {
209 #ifdef SMP
210 #endif
211 }
212
213 void
214 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
215 {
216         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
217 }
218
219 void
220 selected_cpu_ipi(u_int target, int vector, int delivery_mode)
221 {
222         crit_enter();
223         while (target) {
224                 int n = bsfl(target);
225                 target &= ~(1 << n);
226                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
227         }
228         crit_exit();
229 }
230
231 int
232 stop_cpus(u_int map)
233 {
234         map &= smp_active_mask;
235
236         crit_enter();
237         while (map) {
238                 int n = bsfl(map);
239                 map &= ~(1 << n);
240                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGSTOP) != 0)
241                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
242         }
243         crit_exit();
244 #if 0
245         panic("XXX stop_cpus()");
246 #endif
247
248         return(1);
249 }
250
251 int
252 restart_cpus(u_int map)
253 {
254         map &= smp_active_mask;
255
256         crit_enter();
257         while (map) {
258                 int n = bsfl(map);
259                 map &= ~(1 << n);
260                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGCONT) != 0)
261                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
262         }
263         crit_exit();
264 #if 0
265         panic("XXX restart_cpus()");
266 #endif
267
268         return(1);
269 }
270
271 void
272 ap_init(void)
273 {
274         /*
275          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
276          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
277          * is waiting for our signal.
278          *
279          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
280          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
281          * trying to send us an IPI.
282          */
283         smp_startup_mask |= 1 << mycpu->gd_cpuid;
284         cpu_mfence();
285
286         /*
287          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
288          * then get the MP lock.
289          *
290          * Note: We are in a critical section.
291          *
292          * Note: We have to synchronize td_mpcount to our desired MP state
293          * before calling cpu_try_mplock().
294          *
295          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
296          *
297          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
298          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
299          * caching it.
300          */
301
302         while (mp_finish == 0) {
303                 cpu_lfence();
304         }
305         ++curthread->td_mpcount;
306         while (cpu_try_mplock() == 0)
307             ;
308
309         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
310         cpu_invltlb();
311
312         /* Build our map of 'other' CPUs. */
313         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~(1 << mycpu->gd_cpuid);
314
315         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
316
317
318         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
319         mem_range_AP_init();
320         /*
321          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
322          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
323          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
324          * message interlock could be left set which would also prevent
325          * further IPIs.
326          *
327          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
328          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
329          * because we returning almost directly into the idle loop.
330          *
331          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
332          * nothing we've done put it there.
333          */
334         KKASSERT(curthread->td_mpcount == 1);
335         smp_active_mask |= 1 << mycpu->gd_cpuid;
336
337         mdcpu->gd_fpending = 0;
338         mdcpu->gd_ipending = 0;
339         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
340         lwkt_process_ipiq();
341
342         /*
343          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
344          */
345         rel_mplock();
346         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
347 }
348
349 void
350 init_secondary(void)
351 {
352         int     myid = bootAP;
353         struct mdglobaldata *md;
354         struct privatespace *ps;
355
356         ps = &CPU_prvspace[myid];
357
358         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
359
360         /*
361          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
362          * point.
363          */
364         tls_set_fs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
365
366         md = mdcpu;     /* loaded through %fs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
367
368         md->gd_common_tss.tss_esp0 = 0; /* not used until after switch */
369         md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
370         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
371
372         /*
373          * Set to a known state:
374          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
375          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
376          */
377 }
378
379 static int
380 start_all_aps(u_int boot_addr)
381 {
382         int x, i;
383         struct mdglobaldata *gd;
384         struct privatespace *ps;
385         vm_page_t m;
386         vm_offset_t va;
387 #if 0
388         struct lwp_params params;
389 #endif
390
391         /*
392          * needed for ipis to initial thread
393          * FIXME: rename ap_tids?
394          */
395         ap_tids[0] = pthread_self();
396
397         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
398         {
399                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
400                 va = (vm_offset_t)&CPU_prvspace[x];
401                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
402                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
403                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
404                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
405                 }
406
407                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
408                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
409                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
410                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
411                 }
412
413                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
414                 bzero(gd, sizeof(*gd));
415                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
416
417                 /* prime data page for it to use */
418                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
419                 cpu_gdinit(gd, x);
420
421 #if 0
422                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
423                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
424                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
425                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
426                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
427                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
428                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
429                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
430 #endif
431
432                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
433                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
434
435                 /*
436                  * Setup the AP boot stack
437                  */
438                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
439                 bootAP = x;
440
441                 /*
442                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
443                  */
444                 pthread_create(&ap_tids[x], NULL, start_ap, NULL);
445
446                 while((smp_startup_mask & (1 << x)) == 0)
447                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
448
449                 /* XXX hack, sleep for a second to let the APs start up */
450                 sleep(1);
451         }
452
453         return(ncpus - 1);
454 }